黃原膠是最具有工業(yè)應(yīng)用價值的微生物多糖， 它是由黃單胞桿菌(Xanthomonas Campestris)以碳水 化合物為主要底物黃原膠丙酮酸發(fā)酵而成的酸性胞外雜多糖，其 生物合成機制為“非模板合成機制黃原膠的〃五糖 重復(fù)單元〃主鏈由兩個D-葡萄糖分子經(jīng)p-(1!4)糖 苷鍵連接而成，在一個D-葡萄糖分子上連接一條由 兩個D-甘露糖和一個D-葡萄糖醛酸組成的側(cè)鏈， 側(cè)鏈攜有乙酸和丙酮酸。
黃原膠具有優(yōu)良的增粘性、觸變性或假塑性，對 高濃度鹽與強酸堿有很強的適應(yīng)能力。這些獨特的 性能是因為它比一般的高分子含有更多的官能團(tuán)， 而其中分子側(cè)鏈上的丙酮酸起著重要作用。通常情 況下，黃原膠中丙酮酸含量的高低與膠的性能優(yōu)劣 成正相關(guān)。因此,通過改善發(fā)酵過程丙酮酸含量的途 徑，對提高黃原膠的質(zhì)量有重要意義。
1材料與方法
1.1實驗材料
甘蘭黑腐病黃單抱菌（Xanthomonas Campestris) XC-XH99系列誘變株經(jīng)硫酸二甲酯(DMS)與低劑 量C〇60連續(xù)二次復(fù)合處理獲得，河北新河生物工程 技術(shù)研宄所菌種室保存;斜面培養(yǎng)基(g/100ml) 蔗糖 2.0,酵母膏0.1,蛋白胨0.5,牛肉膏0.3,瓊脂2.0,初
收稿曰期：2002-04-08
作者簡介：張禹(1966-)，男，工程師，研宄生，研宄方向：生物多糖發(fā) 酵、提煉工藝改進(jìn)。
始pH7.0;種子培養(yǎng)基（g/100ml)蔗糖2.0,酵母膏
0.1,蛋白胨0.5,牛肉膏0.3,初始pH7.0;發(fā)酵培養(yǎng)基 (g/100ml)玉米淀粉4.5,蛋白胨0.05,豆粕粉0.15,
檸檬酸 0.15，NH4N〇3 0.1，MgS〇4 0.002，CaC〇30.2, FeCl3 0.03，K2HP〇4 0.2,初始 pH7.2。
1.2測定方法
1.2.1 黃原膠含量測定對發(fā)酵液升溫100~105P， 維持30min,降至35±1P,加入適量堿性蛋白酶和溶 菌酶，過濾后發(fā)酵液與95R食用級酒精按1:1.2體積 混合，充分?jǐn)嚢璧媚z體沉淀，洗滌后真空干燥，稱重。
1.2.2發(fā)酵液粘度測定 NDJ-4型旋轉(zhuǎn)粘度計， 25P，轉(zhuǎn)速30r/min，4號轉(zhuǎn)子。
1.2.3丙酮酸含量測定按Duckworth的酶法測定A 酶制劑為乳酸脫氫酶與還原性輔酶I(NADH)。
1.3發(fā)酵裝置
1.3.1—級種子罐容量0.5m3,裝液量75%,高徑 比2.5,單層平葉攪拌漿，有擋板。
1.3.2 二級種子罐容量5m3,裝液量75%,高徑比 2.5,雙層平葉攪拌漿，無擋板。
1.3.3發(fā)酵罐容量50m3,裝液量70%c,高徑比3.1。
據(jù)表1結(jié)果，本課題試驗選用Rs菌株進(jìn)行。
2.2不同溶氧水平對黃原膠產(chǎn)量和丙酮酸含量的影響 相同的一級種子、二級種子培養(yǎng)過程，在同一發(fā) 酵罐采用相同配方，調(diào)節(jié)風(fēng)量和壓力，控制不同的溶 氧水平。發(fā)酵溫度為30±1+，攪拌速度160r/min，PH 控制在7±0.5。試驗結(jié)果如表2所示。
表2 50m3生產(chǎn)罐發(fā)酵結(jié)果 溶解氧(％)102030405060
丙酮酸含量(％)1.412.963.523.613.713.59
發(fā)酵液粘度(mPa%)145001800026000260002680027000
產(chǎn)膠量(g/100ml)2.422.683.263.303.213.30
表2表明，溶解氧與丙酮酸含量有直接關(guān)系，在 一定范圍內(nèi)，隨著溶氧水平的提高，丙酮酸含量上 升，但并不是說溶解氧無限制提高，丙酮酸含量也無 限制增加。我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溶解氧水平高于50%時，將 不會幫助丙酮酸繼續(xù)增加含量。同時，表2數(shù)據(jù)再次 驗證了黃原膠產(chǎn)量高，丙酮酸含量不一定高的結(jié)論。 從本試驗看，溶氧達(dá)到50%時對提高丙酮酸含量最 有效。
2.3有機酸對黃原膠產(chǎn)量和丙酮酸含量的影響
谷氨酸2.783#6226000
丙酮酸2.692#9825000
D.L蘋果酸2.613#0224500
檸檬酸3.283#5826500
對照樣(未加有機酸）2.603#7224000
不同種類有機酸的加入，黃原膠中丙酮酸含量 均有不同程度的下降，但膠的產(chǎn)量有了明顯提高。這 可能因為在黃原膠合成過程的三羧酸循環(huán)中，有機 酸作為某一異構(gòu)酶的抑制劑而起了不同的作用，這 種酶在丙酮酸的縮合中起著關(guān)鍵作用658。
2.4不同碳氮比(C/N)對發(fā)酵周期的影響以及不同 發(fā)酵周期對黃原膠產(chǎn)量和丙酮酸含量的影響
通常在限制N的條件下，較低的C/N有助于菌 體的生長，較高的C/N加快黃原膠的合成。表4是不 同C/N對發(fā)酵周期的影響結(jié)果。不同發(fā)酵周期與黃 原膠產(chǎn)量、丙酮酸含量的關(guān)系如表5所示。
表4 50m3發(fā)酵罐發(fā)酵周期與C/N的關(guān)系
碳氮比(C/N)10:120:140:150:160:1
周期 (h)150132958564
殘?zhí)?％)0#50.450#30#20#1
C/N對發(fā)酵速度、發(fā)酵周期有重要影響，從對數(shù) 生長期開始，采用高的C/N(大約50<1)促進(jìn)黃原膠的 合成。同一批黃原膠發(fā)酵隨周期的延長，丙酮酸含量 不斷增加。因此C/N通過控制生長速度將其作用傳 遞給丙酮酸的合成。
2.5無機鹽離子對黃原膠產(chǎn)量和丙酮酸含量的影響 據(jù)國外文獻(xiàn)報道668,某些微量因子對生物多糖 合成中的磷酸烯醇式丙酮酸與丙酮酸化機制有直接 影響。按發(fā)酵培養(yǎng)基配方，我們對某一無機鹽加入 量做了一定程度的限制，在其它成分不改變的情況 下，分別對五種無機鹽的影響作了對照試驗，結(jié)果見 表 6。
表6各無機鹽對黃原膠合成的影響
被限制的無機鹽含量 (g/100ml)丙酮酸含 量(％)膠產(chǎn)量 (g/100ml)發(fā)酵液粘度 (mPa.s )
0.02 NH4NO33.283#1925000
0.05 K2HPO42.142#7416000
0#0002 MgSO42.862#9723500
0#003 FeCl33.723#2125800
0#02 CaCO33.612#9826000
基礎(chǔ)培養(yǎng)基3.683#2626500
表6說明，無機鹽離子對黃原膠中的丙酮酸含 量有不同程度的影響。當(dāng)限制了 Ca2?或NH/的濃度 時（分別為基礎(chǔ)配方的10%與20%)，丙酮酸含量降 低幅度較??；當(dāng)限制K?或Mg2?濃度時（各取基礎(chǔ)配 方的25%與10%)丙酮酸含量有明顯下降；當(dāng)限制 了 Fe3?濃度時（為基礎(chǔ)配方的10%)，丙酮酸含量得 到提高。